多介质人工湿地处理灌溉用再生水中低浓度重金属

1、多介质人工湿地处理灌溉用再生水中低浓度重金属1、本项目研究的意义及同类研究工作国内外研究现状与存在的问题，并列出主 要参考文献1.1项目研究的意义再生水是指污水经水处理工艺处理后具有一定功能的可以回用的水。近年来随着经济社 会的发展，我国污水排放量日趋增大，据统计，目前全国污水排放量已达693亿m3,预计2030 年将增加到8501060亿m3。另据有关资料，2010年我国城市污水日再生利用量约为 680X 104m3,仅占目前污水处理量的10%,相比于发达国家70%的利用率，我国每年可以开发 的再生水量还有近150X 108m3左右，再生水利用潜力巨大。污水再生回用因其具有显著的社会、经济及

2、生态效益，已成为缓解水资源危机的一项 重要举措。农业灌溉作为再生水的主要利用途径之一，在国内外已经得到广泛推广实践。 但再生水灌溉利用存在诸多的潜在风险。同未经处理或简单处理的污水相比，再生水水质 大幅提高，有效降低了其环境风险。但由于城市污水含有的各类无机、有机和生物类的污 染物，尤其是有毒有害的低浓度重金属污染物，目前还无法经济有效地去除，从而再生水中 含有的这些污染物质致使其灌溉存在一定风险。据环境保护部和国土资源部公布的全国土 壤污染状况调查公报，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土 壤点位超标率为19.4%，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。

3、“看 不见”的重金属污染，正在扮演农产品质量安全的“隐形杀手”，不仅可能影响到农田和农 村周边环境，也让普通消费者对农产品质量安全产生疑虑。目前，我国南方一些地区稻米出 现重金属污染。当前，我国正大力推进污水资源化，如何降低在使用再生水过程中带来的生态风险已成 为迫切需要解决的问题。各重金属中环境风险系数最高的是Cd，其环境风险指数较高，具有 极高的生态风险；因此，“截断”重金属镉离子被稻米吸收和富集的途径，要采取预处理技 术，稳定水质，帮助再生水水质达到国家灌溉用水水质标准。1.2国内外研究现状与存在的问题1.2.1重金属离子处理技术现状水体中的重金属污染逐渐成为最严重的环境问题之一，各式各

4、样的技术被用于处理重金 属废水。目前，低浓度的重金属离子的去除主要是从膜分离技术、吸附法、生物吸附和植物 修复等方面来控制和去除污染物以达到改善水质的目的。膜分离技术去除效率高，工艺简单，但是投资成本较高，且膜孔易堵塞。吸附法是利用 多孔性的固体物质，使水中的一种或多种物质被吸附在固体表面而去除的方法。可用于处理 重金属的吸附剂有壳聚糖、海泡石、矿渣、硅藻土、膨润土和硅基磷块盐等，吸附法处理含 低浓度重金属废水不会造成二次污染。生物吸附法是一种新兴的处理技术，用合理的生物体作为吸附材料能够有效地除去废水 中的重金属。生物吸附技术适合处理含低浓度重金属废水，微生物能把重金属离子吸附到表 面，然后

5、通过细胞膜将其运输到体内并积累，从而达到去除重金属的效果。这类生物吸附材 料在自然界中来源比较广泛，真菌、细菌、藻类和植物等均可作为吸附材料。采用生物吸附法的发展空间更为广阔无根，此方法相比较与其他技术具有一定的优势， 即成本较低、处理效果较好、便捷管理、不对环境造成二次污染等，同时更有利于生态环境 的改善。重金属的活性更大程度取决于其赋存状态，不同形态的重金属生物毒性不同能够产生不 同的环境效应，重金属的赋存形态主要受到pH、有机质及酶活性的影响。在自然水体中，重金属并不是主要以自由离子的形态存在，而是附着在水中的悬浮颗粒 物、生物体以及表层沉积物等固相表面上，研究表明，重金属在水相中的浓度

6、和存在形态、 水相的物理特性如pH和离子浓度、水相中吸附性基团的存在情况、固相的类型、表面特性 和表面积大小等是影响重金属吸附的主要因素。1.2.2人工湿地对重金属去除机理的研究人工湿地是一个包含基质(填料)、植物、好氧及厌氧微生物的复杂生态系统，由于基 质、植物、徵生物之间的相互作用与影响，重金属在其中去除机理比较复杂，往往包含多种 作用。通常将重金属的去除机理分为物理作用、化学作用和生物作用。物理作用主要指截留 过滤作用、化学作用主要包括吸附与化学沉淀作用、生物作用主要包括包括植物吸收和微生 物去除等作用。通常的研究表明截留过滤、吸附和沉淀作用对重金属的去除占有主导作用。1.2.2存在的问

7、题吸附法是处理重金属废水的一种有效的方法，具有广阔的发展应用前景，近二十年来， 随着国内外学者对此进行了大量的研究，我们也取得了一定的成果，但是，这大多是试验性 成果，应用实例较少。目前对人工湿地的重金属去除机理研究，对以颗粒态形式存在的和填料表面吸附的重金 属未能进行明细的量化区分。湿地基质中的重金属一部分以沉淀物的形态位于基质间隙中， 另一部分吸附在沸石表面，因此有必要对这两部分重金属进行量化区分，以便更加明确清晰 了解湿地中不同的金属离子去除机理。2、本项目的研究内容和创新性为了尽快将该技术应用于实际，本项目拟采用多种吸附剂做填料，建立小型的人工湿地， 研究重金属的去除效果。试验选择高效的重金属吸附剂(重金属离子以镉离子，六价铬离子为代表)以沸石为 吸附剂，通过表面活性剂改性，对重金属阴阳离子均有较高的去除效率。研究表面活性剂改 性的沸石对Cd2+和铬酸根离子的吸附机理选择适当的微生物和植物设计人工湿地床填料，研究以改性沸石为填料人工湿地对重 金属的去除机理。以人工添加重金属配制的水为污染源，在垂直流人工湿地中通过连续监测 进出水金属游离态浓度、总浓度以及重金属在植物体内的分布展开了对重金属去除机理的研 究，着重突出了改性沸石